01 Hvað eru litíum-loft rafhlöður og litíum-brennisteins rafhlöður?
① Li-air rafhlaða
Litíum-loft rafhlaðan notar súrefni sem jákvætt rafskaut hvarfefni og málm litíum sem neikvæða rafskaut.Það hefur mikla fræðilega orkuþéttleika (3500wh/kg) og raunverulegur orkuþéttleiki þess getur náð 500-1000wh/kg, sem er mun hærra en hefðbundið litíumjónarafhlöðukerfi.Lithium-loft rafhlöður eru samsettar úr jákvæðum rafskautum, raflausnum og neikvæðum rafskautum.Í rafhlöðukerfum sem ekki eru vatnskennd er hreint súrefni notað sem viðbragðsgas, svo litíum-loft rafhlöður geta einnig verið kallaðar litíum-súrefnisrafhlöður.
Árið 1996, Abraham o.fl.setti saman fyrstu óvatnslausu litíum-loft rafhlöðuna á rannsóknarstofunni.Þá fóru vísindamenn að borga eftirtekt til innri rafefnafræðilegra viðbragða og vélbúnaðar óvatnskenndra litíum-lofts rafhlöður;árið 2002, Read o.fl.komist að því að rafefnafræðileg frammistaða litíum-loftrafhlöðna var háð raflausnum leysi og loftskautsefnum;árið 2006, Ogasawara o.fl.notaður massarófsmælir, var sannað í fyrsta skipti að Li2O2 var oxað og súrefni losnaði við hleðslu, sem staðfesti rafefnafræðilegan afturkræfni Li2O2.Þess vegna hafa litíum-loft rafhlöður fengið mikla athygli og hraðri þróun.
② Litíum-brennisteins rafhlaða
Litíum-brennisteinsrafhlaða er auka rafhlöðukerfi sem byggir á afturkræfum viðbrögðum brennisteins með mikilli sérhæfingu (1675mAh/g) og litíummálms (3860mAh/g), með meðalúthleðsluspennu um 2,15V.Fræðilegur orkuþéttleiki þess getur náð 2600wh/kg.Hráefni þess hafa kosti lágs kostnaðar og umhverfisvænni, svo það hefur mikla þróunarmöguleika.Uppfinninguna á litíum-brennisteins rafhlöðum má rekja aftur til sjöunda áratugarins þegar Herbert og Ulam sóttu um einkaleyfi fyrir rafhlöður.Frumgerð þessarar litíum-brennisteins rafhlöðu notaði litíum eða litíum málmblöndu sem neikvætt rafskautsefni, brennisteini sem jákvætt rafskautsefni og samsett úr alifatískum mettuðum amínum.af raflausn.Nokkrum árum síðar voru litíum-brennisteinsrafhlöður endurbættar með því að kynna lífræn leysiefni eins og PC, DMSO og DMF, og 2,35-2,5V rafhlöður fengust.Seint á níunda áratugnum var sýnt fram á að eter væri gagnlegt í litíum-brennisteinsrafhlöðum.Í síðari rannsóknum, uppgötvun á eter-undirstaða raflausn, notkun LiNO3 sem raflausnaraukefni, og tillagan um kolefni / brennisteins samsett jákvæð rafskaut hafa opnað rannsóknaruppsveiflu litíum-brennisteins rafhlöður.
02 Vinnureglur litíum-loft rafhlöðu og litíum-brennisteins rafhlöðu
① Li-air rafhlaða
Samkvæmt mismunandi ástandi raflausnarinnar sem notað er, má skipta litíum-loftrafhlöðum í vatnskerfi, lífræn kerfi, vatnslífræn blendingskerfi og litíumloftrafhlöður í föstu formi.Meðal þeirra, vegna lítillar sértækrar afkastagetu litíum-loftrafhlöðna sem nota vatnsbundin raflausn, erfiðleika við að vernda litíummálm og lélegs afturkræfni kerfisins, óvatnslausnar lífrænnar litíumloftrafhlöður og litíumloft í föstu ástandi rafhlöður eru meira notaðar um þessar mundir.Rannsóknir.Lithium-loft rafhlöður sem ekki eru vatnslausar voru fyrst settar fram af Abraham og Z.Jiang árið 1996. Jafna við afhleðsluviðbrögð er sýnd á mynd 1. Hleðsluviðbragðið er hið gagnstæða.Raflausnin notar aðallega lífrænan raflausn eða fastan raflausn og losunarvaran er aðallega Li2O2, varan er óleysanleg í raflausninni og auðvelt er að safnast fyrir það á jákvæðu loftskautinu, sem hefur áhrif á losunargetu litíum-loft rafhlöðunnar.
Lithium-loft rafhlöður hafa kosti ofurhárar orkuþéttleika, umhverfisvænni og lágs verðs, en rannsóknir þeirra eru enn á byrjunarstigi og enn eru mörg vandamál sem þarf að leysa, svo sem hvata súrefnisminnkunarviðbragða, súrefnisgegndræpi og vatnsfælni loftrafskauta og óvirkjað loftskauta o.s.frv.
② Litíum-brennisteins rafhlaða
Litíum-brennisteinsrafhlöður nota aðallega frumefnabrennistein eða brennisteinssambönd sem jákvætt rafskautsefni rafhlöðunnar og málmlitíum er aðallega notað fyrir neikvæða rafskautið.Meðan á losunarferlinu stendur er málmlitíum sem staðsett er við neikvæða rafskautið oxað til að missa rafeind og mynda litíumjónir;þá eru rafeindirnar fluttar til jákvæðu rafskautsins í gegnum ytri hringrásina og litíumjónirnar sem myndast eru einnig fluttar til jákvæða rafskautsins í gegnum raflausnina til að hvarfast við brennisteinn til að mynda pólýsúlfíð.Litíum (LiPSs), og bregðast síðan frekar við til að mynda litíumsúlfíð til að ljúka losunarferlinu.Meðan á hleðsluferlinu stendur fara litíumjónir í LiPS aftur í neikvæða rafskautið í gegnum raflausnina, en rafeindir fara aftur í neikvæða rafskautið í gegnum ytri hringrás til að mynda litíummálm með litíumjónum og LiPS eru minnkað í brennisteinn við jákvæða rafskautið til að fullkomna hleðsluferli.
Losunarferlið litíum-brennisteins rafhlöður er aðallega fjölþrepa, fjölrafeinda, margfasa flókin rafefnafræðileg viðbrögð á brennisteinsbakskautinu og LiPSs með mismunandi keðjulengd umbreytast í hvert annað meðan á hleðslu-úthleðsluferlinu stendur.Meðan á losunarferlinu stendur er hvarfið sem getur átt sér stað við jákvæða rafskautið sýnt á mynd 2 og hvarfið við neikvæða rafskautið er sýnt á mynd 3.
Kostir litíum-brennisteins rafhlöður eru mjög augljósir, svo sem mjög mikil fræðileg getu;það er ekkert súrefni í efninu og súrefnisþróunarviðbrögð munu ekki eiga sér stað, þannig að öryggisafköst eru góð;brennisteinsauðlindir eru miklar og frumefnabrennisteinn er ódýr;það er umhverfisvænt og hefur litla eiturhrif.Hins vegar hafa litíum-brennisteini rafhlöður einnig nokkur krefjandi vandamál, svo sem litíum pólýsúlfíð skutlaáhrif;einangrun frumefnabrennisteins og losunarafurða hans;vandamálið við miklar rúmmálsbreytingar;óstöðugt SEI og öryggisvandamál af völdum litíumskauta;sjálfslosunarfyrirbæri osfrv.
Sem ný kynslóð aukarafhlöðukerfis hafa litíum-loftrafhlöður og litíum-brennisteinsrafhlöður mjög há fræðileg sérhæfð gildi og hafa vakið mikla athygli vísindamanna og aukarafhlöðumarkaðarins.Sem stendur standa þessar tvær rafhlöður enn frammi fyrir mörgum vísindalegum og tæknilegum vandamálum.Þeir eru á fyrstu rannsóknarstigi rafhlöðuþróunar.Til viðbótar við sérstaka getu og stöðugleika bakskautsefnis rafhlöðunnar sem þarf að bæta enn frekar, þarf einnig að leysa lykilatriði eins og öryggi rafhlöðunnar strax.Í framtíðinni þurfa þessar tvær nýju gerðir af rafhlöðum enn stöðugar tæknilegar umbætur til að útrýma göllum þeirra til að opna fyrir víðtækari notkunarmöguleika.
Pósttími: Apr-07-2023